鄰氨基苯甲酸甲酯生產(chǎn)工藝
2020-09-02 07:43:58李愛英曲榮昌趙慶勝吳清昊于盛楠張良杰尹進(jìn)華
李愛英 孫 杰 曲榮昌 趙慶勝 吳清昊 于盛楠 張良杰 尹進(jìn)華
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鄰氨基苯甲酸甲酯是一種重要的化工原料，在精細(xì)化工、制藥、染料、食品等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。常溫下為淡黃色或者無色液體，具有濃郁的果香和花香[1]；在長期暴露的條件下會改變顏色，并且可能在常溫下隨水蒸氣而波動；溶于乙醚、乙醇（藍(lán)色熒光乙醇溶液）、丙二醇和大多數(shù)揮發(fā)油，微溶于水、礦物油，不溶于甘油；常壓下的相對密度（）為 1.168 2，沸點為 273℃，折射率（n25D）為 1.582～1.584，熔點為 24～25 ℃[2]。
1 鄰氨基苯甲酸甲酯的用途
鄰氨基苯甲酸甲酯的合成于19世紀(jì)末已有報道[3]，但作食品添加劑則是20世紀(jì)中葉才開始。鄰氨基苯甲酸酯類物質(zhì)既是酯又是芳族伯胺，因而具有酯和胺的雙重特性。隨著對其研究的深入，新的用途不斷被發(fā)現(xiàn)，如可以作抗微生物劑、水果防凍劑、防蟲害劑[4]等等。與此同時，鄰氨基苯甲酸甲酯引起的個別的局部輕微過敏生理效應(yīng)也引起人們的關(guān)注。但國際香料協(xié)會認(rèn)為，作為香料混用配香調(diào)味是允許的[5]。
鄰氨基苯甲酸甲酯在染料制造、香料制造、醫(yī)藥制造、農(nóng)藥制造、食品加工和精細(xì)化學(xué)品合成等領(lǐng)域中均應(yīng)用廣泛[6]。由于社會和工業(yè)發(fā)展需要，對鄰氨基苯甲酸甲酯的需求會越來越多。在香料合成方面，由于其擁有濃烈的花香和水果香氣，在日用香精、食品香精合成中有廣泛應(yīng)用，可以用于柑橘、草莓、西瓜、甜瓜、檸檬、羅干梅等多種水果香型香精中；在染料中用于生產(chǎn)蒽醌染料、靛族染料和偶氮染料——分散橙、分散黃、中性藍(lán)等染料；在醫(yī)藥制造中用于制作非甾體類抗炎鎮(zhèn)痛藥甲滅酸，合成維生素L和抗心律失常藥常咯啉、非巴比妥類催眠藥（例如安眠酮）等多種醫(yī)藥；作為化學(xué)試劑，與1-萘胺共同作用，用于測定亞硝酸鹽；可用作多種金屬離子的絡(luò)合劑，如 Mg、Hg、Pb、Zn 等。
2 鄰氨基苯甲酸甲酯生產(chǎn)工藝
目前，鄰氨基苯甲酸甲酯常用的生產(chǎn)方法有苯酐氨水法、苯酐尿素法和鄰硝基苯甲酸法[7-11]。苯酐法生產(chǎn)工藝要求較高，步驟較復(fù)雜，但是其產(chǎn)量高、產(chǎn)品含量高。鄰硝基苯甲酸法產(chǎn)生的廢水多，反應(yīng)中生成的副產(chǎn)物鄰氨基苯甲酸分子內(nèi)鹽，會消耗大量的酸性催化劑，且產(chǎn)量較苯酐法低。經(jīng)過優(yōu)化，鄰硝基苯甲酸法也具有較高的收率。
2.1 鄰硝基苯甲酸法
該方法以鄰硝基苯甲酸為反應(yīng)原料，先使用鐵粉或者硫化鈉還原，之后進(jìn)行直接酯化。該法不僅鄰氨基苯甲酸分子會形成內(nèi)鹽，還會有大量廢水生成，并且為了使催化酯化反應(yīng)能順利進(jìn)行，破壞分子內(nèi)鹽鍵所消耗的酸性催化劑的量至少是鄰氨基苯甲酸的2倍，酯化收率也較低。為了克服上述問題，研究者對該工藝進(jìn)行了改進(jìn)[12]，先進(jìn)行酯化反應(yīng)生產(chǎn)鄰硝基苯甲酸甲酯，再進(jìn)行催化加氫還原硝基。
第一步酯化反應(yīng)，反應(yīng)物為鄰硝基苯甲酸、甲醇、苯和酸性催化劑，反應(yīng)過程中加熱蒸出生成的水，不再有水餾出時，表明反應(yīng)結(jié)束。蒸出過量的甲醇和苯后，將溶液冷卻。產(chǎn)物反復(fù)用水和10%NaHCO3溶液洗滌至pH為7左右。進(jìn)行減壓蒸餾，收集112～114℃餾分，即為鄰硝基苯甲酸甲酯。
第二步加氫還原反應(yīng)，反應(yīng)物為甲醇、鄰硝基苯甲酸甲酯和雷尼鎳催化劑。密封高壓反應(yīng)釜，用氫氣置換空氣，開動攪拌升溫，加氫壓至不再吸氫，反應(yīng)結(jié)束。過濾雷尼鎳催化劑，蒸餾過濾液回收甲醇，收集108～110℃的餾分，即為鄰氨基苯甲酸甲酯。鄰硝基苯甲酸法制鄰氨基苯甲酸甲酯反應(yīng)式見圖1。
圖1 鄰硝基苯甲酸法制鄰氨基苯甲酸甲酯過程反應(yīng)式
2.2 苯酐氨水法
苯酐法是我國獨創(chuàng)的鄰氨基苯甲酸甲酯制備工藝，其生產(chǎn)原料包括苯酐、甲醇、氨水、氫氧化鈉和次氯酸鈉等，含有酰胺化、霍夫曼重排反應(yīng)[13-14]和酯化等化學(xué)反應(yīng)。先將苯酐加入反應(yīng)釜中，再將制冷的氨水放入并開始攪拌，攪拌至升溫后慢慢加入氫氧化鈉溶液，并控制pH在11.5左右，保溫反應(yīng)30 min左右；排氨3.5 h（保證氨氣排凈），制得鄰甲酰胺苯甲酸鈉溶液（簡稱酰胺化液）；在降溫到0℃以下的酰胺化液中加入制冷的次氯酸鈉和甲醇的混合溶液，在0℃以下反應(yīng)45 min，待其自然升溫到30℃左右時，用淀粉碘化鉀溶液檢測溶液至沒有明顯現(xiàn)象；加入適量亞硫酸氫鈉溶液使中間產(chǎn)物鄰苯甲酸鈉異氰酸酯更加穩(wěn)定，攪拌至溶液稀釋，加入熱水水解，待完全水解后靜置分離，取出上層油層即為鄰氨基苯甲酸甲酯產(chǎn)品。
圖2 苯酐法制鄰氨基苯甲酸甲酯工藝流程
苯酐法制備鄰氨基苯甲酸甲酯工藝流程如圖2所示。
苯酐氨水法生產(chǎn)鄰氨基苯甲酸甲酯的主要特點是產(chǎn)品質(zhì)量好、收率高。相對于甲苯法，苯酐法產(chǎn)生的污染比較好治理、生產(chǎn)周期比較短。
2.3 苯酐尿素法
目前苯酐氨水方法中，由于氨水刺激性氣味大，易燃易爆等環(huán)保安全問題日益突出，有些研究把氨水改為尿素[15]。相較于苯酐氨水法，苯酐尿素法環(huán)境污染問題得到有效改善，勞動強度及生產(chǎn)成本大大降低，反應(yīng)速率更快，收率更高，反應(yīng)后的廢水中氨氮含量低，更有利于后續(xù)廢水的處理。
苯酐尿素在熔融狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)生成鄰苯二甲酰亞胺，鄰苯二甲酰亞胺與堿液經(jīng)酰胺化反應(yīng)生成亞胺鈉，亞胺鈉與次氯酸鈉、甲醇經(jīng)霍夫曼降級、酯化反應(yīng)生成鄰氨基苯甲酸甲酯，將油水兩相分離，油相為鄰氨基苯甲酸甲酯，水相經(jīng)蒸餾得到未反應(yīng)的甲醇（回用），反應(yīng)方程式如圖3所示。
3 結(jié)語
鄰氨基苯甲酸甲酯是一種重要的精細(xì)化工中間體，由于社會和工業(yè)發(fā)展需要，對鄰氨基苯甲酸甲酯的需求量會越來越多。各生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)積極響應(yīng)國家“十三五”發(fā)展規(guī)劃，面對鄰氨基苯甲酸甲酯生產(chǎn)過程中普遍存在的安全環(huán)保壓力大、人工成本高、間歇生產(chǎn)效率低等突出問題，積極探尋更加綠色環(huán)保的智能連續(xù)化工藝路線，縮短生產(chǎn)周期、降低能耗和原料消耗等，力爭使鄰氨基苯甲酸甲酯生產(chǎn)過程沒有污染物生成，對環(huán)境友好，符合國家環(huán)保政策要求。
圖3 苯酐尿素法制鄰氨基苯甲酸甲酯方程式
